Relationships between ozone exposure and yield loss in European wheat and potato - A comparison of concentration based and flux based exposure indices

Data from open-top chamber experiments with .eld grown crops, performed in Sweden, Finland, Belgium, Italy and Germany, were combined to derive relationships between yield and ozone exposure for wheat (Triticum aestivum L.) and potato (Solanum tuberosum L.). Three different exposure indices were compared: AOT40 (accumulated exposure over a threshold ozone concentration of 40 nmolmol_1), CUOt (cumulative stomatal uptake of ozone, using a constant ozone uptake rate threshold of tnmolm_2 s_1) and mAOTc0 (conductance modi.ed AOT using a threshold concentration for ozone of c0 nmol mol_1). The latter is essentially a combination of AOT and CUO. Ozone uptake was estimated using a Jarvis-type multiplicative model for stomatal conductance. In terms of correlation between relative yield (RY) and ozone exposure, CUO5, the CUO indexwi th an ozone uptake rate threshold of 5 nmolm_2 s_1, performed best for both wheat and potato, resulting in r2 values of 0.77 and 0.64, respectively. CUO5 performed considerably better in terms of the correlation between RY and ozone exposure, than AOT40 for wheat, while mAOT10, the best performing mAOT index in this case, was intermediate in performance for this crop. For potato, the differences between the different ozone exposure indices AOT40, CUO5 and mAOT20 (the mAOT indexpe rforming best for potato) in the correlation between RY and ozone exposure were relatively small. To test the assumption that the non-stomatal deposition of ozone was negligible for the uppermost, sunlit leaves, measurements of ozone uptake in relation to leaf conductance for water vapour of wheat leaves in a cuvette system were used. The non-stomatal deposition of ozone to the leaves turned out to be comparatively small. Based on the non-stomatal conductance (gns ¼ 15mmolm_2 s_1) estimated for the wheat leaves in the cuvette system, it was concluded that the consequence of omitting the non-stomatal conductance is small. In conclusion the study indicated that the ozone uptake based approach showed a high degree of .tting along a north-south European transect of pedoclimatic conditions, and represents a better and more relevant approach to the quanti.cation of ozone effects on crops growth than the use of ozone exposure indices purely based on ozone concentrations.

I dati ottenuti da esperimenti in serre a cielo aperto (open-top chambre, OTC) su piante coltivate in pieno campo, effettuati in Svezia, Finlandia, Belgio, Italia e Germania, sono stati combinati per ottenere relazioni fra esposizione all'ozono e resa di frumento (Triticum aestivum L. ) e patata (Solanum tuberosum L. ). Tre diversi indici di esposizione sono stati confrontati: AOT40 (esposizione accumulata superiore alla soglia di concentrazione di ozono 40 nmolmol_1), CUOt (assorbimento stomatico cumulativo di ozono, utilizzando una costante velocità di assorbimento dell'ozono di soglia di 5 nmol m_2 s_1) e mAOTc0 (AOT modellata sulla conduttanza, utilizzando una concentrazione soglia di ozono di 0 nmol mol_1). Quest’'ultima è essenzialmente una combinazione di AOT e CUO. L’assorbimento di ozono è stata stimato utilizzando modello moltiplicativo tipo Jarvis per la conduttanza stomatica. In termini di correlazione tra resa relativa (RY) e esposizione all'ozono, CUO5, l’ indice CUO con una soglia di velocità di assorbimento dell’ozono pari a 5 nmol m_2 s_1, risultava quello migliore, sia per il frumento che per la patata, con valori di r2 pari a 0,77 e 0,64 , rispettivamente. CUO5 risultava considerevolmente migliore in termini di correlazione tra esposizione all'ozono e RY, di AOT40 per il frumento, mentre mAOT10, il migliore degli indici mAOT in questo caso, era intermedio nella sua performance per questa coltura. Per la patata, le differenze tra i diversi indici di esposizione all'ozono AOT40, CUO5 e mAOT20 (l’indice mAOT con la milgiore performance per questa specie) nella correlazione tra RY ed esposizione all'ozono, erano relativamente minori. Per testare l'ipotesi che la deposizione non stomatica fosse stata trascurabile per le foglie superiori in pieno sole, sono state usate misurazioni di assorbimento dell'ozono in relazione alla conduttanza fogliare al vapor d’acqua mediante esposizione in cuvetta.. La deposizione non stomatica di ozono sulle foglie risultava relativamente scarsa. Sulla base della conduttanza non stomatica stimata per il frumento nel sistema cuvetta, si è concluso che le conseguenze derivanti dalla decisione di omettere la conduttanza non stomatica sono di modesta entità. In conclusione lo studio ha indicato che l'approccio basato sulla diffusione dell'ozono ha mostrato un’elevata capacità predittiva lungo un transetto europeo nord-sud di caratteristiche pedoclimatiche, e rappresenta un approccio migliore e più rilevante per la quantificazione degli effetti dell’ozono sulle colture rispetto a quelli puramente basati sugli indici di esposizione alla concentrazione d’ozono.